Papel de aluminio de bateria: el material básico para la producción de baterías
El papel de aluminio de bateria es uno de los productos de la industria de laminación y transformación del aluminio, antes de la industria del aluminio electrolítico. Las empresas de procesamiento de papel de aluminio compran lingotes de aluminio a las empresas de aluminio electrolítico para procesar y producir hojas y tiras de aluminio. Las chapas y tiras de aluminio son chapas o tiras de aluminio fabricadas con aluminio como materia prima principal y mezcladas con algunos elementos de aleación, que tienen las ventajas de ser ligeras, tener un buen recubrimiento y blindaje, ser resistentes a la corrosión y tener una alta resistencia. Tiene las ventajas de ser ligero, hermético y bien envuelto.
Según los fabricantes de material litio, el papel de aluminio puede dividirse, según su grosor, en papel doble cero, papel simple cero y papel grueso de aluminio. El grosor de la lámina gruesa es de 0,1 a 0,2 mm; la lámina de un solo cero se refiere al papel de aluminio con un grosor de 0,01 mm y menos de 0,1 mm/; la lámina de dos ceros se refiere a la lámina con dos ceros después del punto decimal cuando el grosor se mide en mm, normalmente con un grosor inferior a 0,01, es decir, de 0,005 a 0,009 mm. El proceso del papel de aluminio es más complejo. Actualmente existen dos procesos habituales en la industria: la laminación en caliente de lingotes y el método de colada y laminación de dos rodillos.
La laminación en caliente es un método de colada semicontinua en el que la masa fundida de aluminio se vierte en lingotes planos, y los grandes lingotes de metal se laminan en caliente y en frío por encima de su temperatura de recristalización para producir láminas de un determinado grosor como tochos para el papel de aluminio;
La colada y la laminación se realizan introduciendo la masa fundida de aluminio a través de la boquilla de colada entre dos rodillos con agua de refrigeración en su interior, el agua de refrigeración se mantiene fluyendo y los dos rodillos que giran continuamente actúan como cristalizadores, el líquido de aluminio se enrolla hasta un determinado grosor como tochos inmediatamente después de la solidificación, y los dos procesos de solidificación y laminación en caliente se completan en la zona de colada y laminación en 2-3 segundos.
En cambio, los tochos laminados en caliente suelen ser de mejor calidad y más adecuados para laminar productos de papel de aluminio de alta calidad. En el método de laminación en caliente de lingotes, las palanquillas laminadas en caliente se fresan y cantean para eliminar los defectos superficiales, como las capas de oxidación, y a continuación se homogeneizan y se recuecen para homogeneizar la composición de la aleación de aluminio, seguido de múltiples ciclos de laminación en caliente, laminación en frío y recocido intermedio para mejorar eficazmente la segregación de la composición, el tamaño del grano y otros problemas.
Por el contrario, la calidad del tocho fundido y laminado es más difícil de controlar, el espesor del tocho fundido y laminado es de 3mm a 7mm, la deformación del papel de aluminio laminado es mucho menor, por lo que la calidad del tocho fundido y laminado, como los canales de aire, las inclusiones, la segregación, los granos gruesos y otros defectos en el papel de aluminio laminado más directamente, y debido a las diferentes condiciones de cristalización conducen fácilmente al borde de la placa y el centro y la placa Las diferentes condiciones de cristalización dan lugar a inhomogeneidades en la composición de los bordes y centros de las placas, así como en las superficies superior e inferior. Los avances tecnológicos han hecho que cada vez más fabricantes utilicen el método de fundición y laminación en dos rodillos.
El papel de aluminio de bateria es el material básico para la producción de baterías. En los últimos años, con el desarrollo de las baterías de iones de litio, el papel de aluminio se ha utilizado en el componente principal de las baterías de litio, el colector positivo, debido a su buena conductividad eléctrica. El electrodo positivo de las baterías de litio utiliza papel de aluminio de batería y el negativo papel de cobre, en el que el papel de aluminio supone el 2-3 % del coste;
En las baterías de sodio, como el sodio no reacciona con el aluminio, tanto el electrodo positivo como el negativo utilizan papel de aluminio de bateria, el coste del papel de aluminio de bateria es de alrededor del 5%. El uso de papel de aluminio de bateria reduce los costes y los riesgos de transporte en comparación con la lámina de cobre, ya que el aluminio es más barato, menos denso y no hay que cargarlo para el transporte.
El papel de aluminio de bateria es significativamente más exigente en todos los aspectos que el papel de aluminio tradicional.En primer lugar, la alta limpieza, la bobina de aluminio no se mezclará con cualquier residuo, polvo, especialmente limaduras de hierro; en segundo lugar, los altos requisitos para la forma de la placa, papel de aluminio de bateria revestida con la uniformidad del material positivo, en la vida de la batería de iones de litio y el rango tendrá un mayor impacto; en tercer lugar, los altos requisitos de rendimiento mecánico, para asegurar que la pureza de aluminio de la caja, que requiere de alta resistencia a la tracción y alta elongación, que requiere el alargamiento ≥ 3%;
En cuarto lugar, los requisitos de grosor y de agujeros de alfiler son elevados, con una diferencia de grosor de ≤ ± 3%, pero una reducción del grosor del papel de aluminio de bateria debe dar lugar a un aumento del número de agujeros de alfiler, aumentando la posibilidad de fractura durante el proceso de calandrado, lo que afecta gravemente a su calidad; en quinto lugar, los requisitos de superficie son extremadamente elevados, y la superficie del papel de aluminio no debe tener superficies oscuras, puntos brillantes y otros defectos superficiales, lo que está directamente relacionado con la Esto está directamente relacionado con la uniformidad del revestimiento y el proceso de compactación de las baterías de iones de litio, que requiere un alto nivel de limpieza de la máquina de papel de aluminio y del entorno; en sexto lugar, los requisitos de superficie son elevados.
La demanda de papeles para baterías podría alcanzar las 920.000 toneladas en 2025
Las principales áreas de distribución del papel de aluminio de bateria son las baterías de potencia, el almacenamiento de energía (principalmente las baterías de litio y fosfato de hierro), las baterías de sodio, etc. Se estima que la demanda total alcanzará las 920.000 toneladas en 2025, con una CAGR del 48 %. El papel de aluminio de bateria se utiliza principalmente como colector de fluido en los electrodos positivos y negativos de las baterías de litio y las baterías de sodio. Es un componente esencial de la batería.
Como portador de los materiales positivos y negativos del electrodo, el colector puede transportar el material activo y recoger y emitir la corriente generada por el material activo del electrodo, lo que ayuda a reducir la resistencia interna de las baterías de iones de litio y a mejorar la eficiencia de Coulomb, la estabilidad del ciclo y el rendimiento multiplicador de las baterías. El aluminio metálico tiene las ventajas de su bajo precio, su alta resistencia a la corrosión y su ligereza, por lo que contribuye a mejorar la densidad energética de la batería, y suele utilizarse en los electrodos positivo y negativo de las baterías de litio y de sodio.
La demanda de papel de aluminio para baterías eléctricas podría alcanzar 620.000 toneladas en 2025
El desarrollo de las baterías de potencia es muy compatible con el desarrollo de la industria de los vehículos de nueva energía. Según el plan del gobierno chino, China alcanzará una cuota del 40% de vehículos propulsados por energías limpias en 2030, lo que supone un enorme margen de crecimiento en el mercado de vehículos de nueva energía; el ahorro de energía y la reducción de emisiones siguen promoviéndose a nivel mundial, y el crecimiento explosivo del mercado de vehículos de nueva energía seguirá impulsando el crecimiento de la demanda de baterías eléctricas. Se espera que la demanda de láminas para baterías en el sector de las baterías eléctricas alcance las 620.000 toneladas en 2025, con una tasa de crecimiento anual del 59%.
Según los datos, China venderá 3,545 millones de vehículos de nueva energía e instalará 154,42 GWh de baterías de potencia en 2021, lo que supone un aumento del 142% interanual en comparación con el año anterior. Con un uso de papel de aluminio de bateria de 450 toneladas/GWh, se espera que la demanda de papel de batería en el sector energético alcance las 620.000 toneladas en 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 59%.
Demanda de papeles para baterías de almacenamiento de energía podría alcanzar 230.000 toneladas en 2023
Según los documentos del gobierno chino, para 2025, China debería realizar la transformación del nuevo almacenamiento de energía desde la fase inicial de comercialización hasta el desarrollo a gran escala, con el entorno de mercado y el modelo de negocio básicamente maduros y la escala instalada alcanzando más de 30GW. Se espera que la demanda de láminas para baterías en el campo de las baterías de almacenamiento de energía alcance las 230.000 toneladas en 2025, con una CAGR del 42%. El almacenamiento electroquímico de energía tiene una amplia gama de aplicaciones en el sistema eléctrico, que pueden dividirse en tres grandes escenarios: generación de energía, transmisión y distribución, y consumo de electricidad.
Debido a las ventajas de larga duración, carga rápida y alta seguridad de las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4), el almacenamiento de energía química de China se basa ahora principalmente en las baterías LiFePO4. Con un uso de 550 toneladas/GWh de papel de aluminio, se espera que la demanda anual de papel de aluminio de bateria en el almacenamiento de energía sea de 230.000 toneladas en 2025, con una CAGR del 42%.
La demanda de papeles para baterías de sodio alcance 66.000 toneladas en 2025
Como nueva tecnología de baterías, la industria de las baterías de iones de sodio está aún en fase preindustrial y el futuro mercado de aplicaciones maduras es el de las dos ruedas eléctricas y el de almacenamiento de energía electroquímica. La mayor ventaja de las baterías de iones de sodio es que pueden cargarse rápidamente en 5-10 minutos y son significativamente mejores que las baterías de plomo-ácido en términos de densidad energética y vida útil. Las baterías de iones de sodio tienen un mejor perfil de seguridad que las de iones de litio. Actualmente, la vida útil de las baterías de iones de sodio es aproximadamente el 65% de la de las baterías de iones de litio y la densidad energética es un 20% inferior a la de las baterías de litio.
La demanda de láminas para baterías en el segmento de las baterías de sodio es de 66.000 toneladas para 2025. Muchos fabricantes de baterías de iones de litio, como CATL y Sunwoda, ya han empezado a diseñar baterías de iones de sodio, y se espera que el mercado de las baterías de sodio inicie un periodo de rápido desarrollo. Las baterías de sodio utilizan papel de aluminio de bateria tanto para los colectores positivos como para los negativos, y la cantidad de papel de aluminio utilizada en las baterías de sodio es más del doble que la de las baterías de litio, necesitando 900 toneladas de papel de aluminio por Gwh de baterías de sodio.
En resumen, tres grandes mercados descendentes están impulsando el alto crecimiento de la industria, con una demanda mundial de papel de aluminio de bateria de 920.000 toneladas en 2025, una CAGR del 48 %.
Panorama competitivo estable en el sector
La tecnología de láminas es más exigente que el papel de aluminio convencional
El proceso de papel de aluminio es uno de los más complejos, gruesos y difíciles de la industria de transformación del aluminio. El papel de aluminio implica una serie de complejos procesos de laminación y tratamiento térmico: fusión de la aleación de aluminio, homogeneización, colada y laminación, laminación en frío, recocido intermedio y laminación de láminas. Cada uno de estos procesos es técnicamente difícil y tiene un impacto en el rendimiento final.
Control más estricto del proceso de mezcla y fusión de aleaciones: El control de las impurezas de las aleaciones y la forma de mejorar la calidad del papel de aluminio de bateria mediante la mezcla de aleaciones mientras se adelgaza continuamente es la primera barrera técnica de la industria.
Una serie de especificaciones técnicas para las láminas de batería tienen requisitos contradictorios sobre la microestructura de la aleación, que exigen el dominio de una determinada proporción del agente de aleación, por lo que la mezcla de aleaciones para las láminas de batería requiere una amplia experiencia en la producción de papel de aluminio, mediante una composición de aleación adecuada y el diseño del proceso, el control de La composición de la aleación y el diseño del proceso están diseñados para controlar la cantidad de solución sólida y precipitación, para equilibrar las contradicciones entre el endurecimiento y el ablandamiento del proceso, para mantener una alta conductividad eléctrica y una alta resistencia, y para mejorar el alargamiento de la lámina colectora.
El adelgazamiento del espesor de la lámina celular y la consiguiente exposición de defectos como burbujas de aire e impurezas extrañas hacen que el control del proceso de fusión y fundición sea crucial. Se requiere una alta precisión de los equipos: los medidores de espesor, los rodillos de trabajo y los controladores de placas son equipos clave, además de la sustitución del aceite de laminación y los aditivos. El grosor del papel de aluminio para baterías tiende a ser fino, lo que supone un gran reto para la tecnología de producción; los rodillos de trabajo están en contacto directo con el papel de aluminio y su finura y grosor afectan al patrón del papel de aluminio y a la calidad de la superficie.
Para garantizar la estabilidad de la producción de papel de aluminio de bateria y la calidad del producto y reducir el número de agujeros de alfiler, la rugosidad de la superficie de los rodillos fundidos se controla dentro del rango de 0,8μm a 1,0μm, con fluctuaciones de la rugosidad inferiores a 0,013μm; la rugosidad de la superficie de los rodillos medianos es de 0,03μm a 0,05μm; la rugosidad de la superficie de los rodillos de lámina se controla dentro del rango de 0,02μm a 0,03μm. 0,02μm～0,03μm.
Largos ciclos de certificación y construcción dificultan el cambio de las antiguas asociaciones
El papel de la batería se dirige directamente a la fábrica de baterías para cumplir con la certificación ISO/TS16949, las especificaciones técnicas internacionales de la industria del automóvil, la certificación requiere al menos un año de proceso de producción continua. La primera auditoría suele ser difícil de superar si no se ha trabajado anteriormente en el sector de la automoción, y requiere una auditoría y una reforma; la auditoría y la reforma van seguidas de una prueba de carga y descarga de la batería, que dura aproximadamente 9 meses.
A diferencia de la industria de baterias de estado sólido, un fabricante de papeles para baterías tarda básicamente dos años en completar su primera certificación. Una vez certificada y en la cadena de suministro del fabricante, la fábrica de baterías dará importancia a la asociación y no cambiará fácilmente de proveedor, y la característica principal de la industria es que los productos son muy personalizados, por lo que los clientes preferirán mantener su relación de suministro original debido a los altos costes de cambio, lo que hace más difícil que otros fabricantes entren en la industria. Los nuevos participantes se enfrentan a barreras de certificación, lo que dificulta que se tambalee la posición de los actuales fabricantes dominantes.
Requisitos de capital elevados para los fabricantes
La industria del proceso de laminación del aluminio tiene una gran escala de inversión y un gran límite de consumo de energía, lo que requiere un cierto grado de fortaleza financiera para el fabricante. El aprovisionamiento de lingotes de aluminio en las fases previas es costoso, el proceso de producción y construcción requiere grandes requisitos de equipamiento, y la introducción de equipos avanzados y otros activos fijos costosos también requieren una gran cantidad de capital, y las características de producción de la industria tienen importantes economías de escala, sólo los fabricantes con una fuerte fortaleza financiera pueden invertir un gran número de activos fijos y otros recursos para obtener esta ventaja. Esto crea barreras para los nuevos participantes y dificulta que los fabricantes pequeños y débiles logren un crecimiento significativo.
La escasez de talento impide a los fabricantes ser más competitivos
Las personas son el principal motor de la tecnología de producción. Un personal altamente cualificado puede proporcionar un sólido apoyo técnico y de gestión para que los fabricantes produzcan en masa productos con un rendimiento superior y una calidad constante. Sin embargo, la escasez de talento de la mayoría de los fabricantes del sector limita la planificación de su desarrollo. El largo y costoso ciclo de formación de los operarios de los maestros de laminación de láminas dificulta la obtención de volumen a corto plazo, incluso con una inversión de capital suficiente. Los nuevos participantes y los fabricantes más pequeños con ventajas de escala menos significativas carecen de una plataforma para acumular tecnología y atraer talento, lo que limita considerablemente la competitividad de los fabricantes.
